第六章 串并行通信接口技术.ppt

1、第六章 串并行通信接口技术,串行通讯基础 并行通讯基础 可编程并行接口芯片8255A 8255A的应用举例,计算机与外设交换信息的过程中： 并行通信：多位数据通过多条数据线同时传送。 串行通信：多位数据通过同一条数据线按位传送。 与串行通信（一位一位传输）相比，在相同传输率下， 并行通信的信息实际传输速度快、信息率高。但并行通信比 串行通信所用电缆多，随着距离的增加，电缆的开销会成为 突出的问题。所以，并行通信总是用在数据传输率要求较高， 而传输距离较短的场合。,第一节 串行通讯基础,一、什么是串行通信 1、概念： 所谓串行通信是指外设和计算机间使用一根 数据信号线一位一位地传输数据，每一位数

2、据都占据一个 固定的时间长度。,“串行”是指外设与接口电路之间的信息传送方式， CPU与接口之间仍按并行方式工作。,2、一个典型的串行接口的结构 主要有： 控制寄存器 状态寄存器 数据输入/输出寄存器 串入/并出移位寄存器 并入/串出移位寄存器 结构图如下：,常用的可编程串行接口芯片：intel 8251、INS 8250、Z80SIO等。,3、 串行通信中需解决的问题 1、首要问题：如何识别在一根线上既传送数据又 传送联络信号。 2、传送信号的格式要有固定要求。 3、传送过程中的电平转换。 4、通信双方必须约定传输速率。,4、串行口的基本任务 （1）进行串，并转换 （2）实现串行数据格式化

3、（3）可靠性检验 （4）实施接口与DCE之间联络控制,二、信息传输的检错和纠错（简介） 串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错 如何发现传输中的错误，叫检错 发现错误后，如何消除错误，叫纠错 最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外， 再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。 奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为奇数 偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为偶数 奇偶校验能够检测出1位误码，但是不能纠错。,三、串行数据传输方式 1、全双工(Full Duplex） 数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和

4、接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。,特点： 每一端都有发送器和接收器 有二条传送线 应用： 交互式应用，远程监测控制,2、半双工（Half Duplex） 使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时收送数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制，如图5.2所示,特点： 每端需有一个收/发切换电子开关 因有切换，会产生时间延迟 应用： 打印机串口，单向传送设备，发送器接收器,3、单工方式,特点：信息只能沿一个方向传送，使用一根传 输线。 应用：电视发射台,四、传输速率 1、波特率 在串行通讯中，用波特率来描述数

5、据的传输速率。 波特 率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps。收、发双方的 波特率必须一致。,接收时钟/发送时钟频率是波特率的倍数，称为波 特率因子。如常用的有：1、16、32、64。 例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则接收时 钟和发送时钟频率=960016=153600Hz 常用的标准波特率：110，300，1K，1.2K，2.4K，4.8K，9.6K，19.2K，56K,2、字符速率： 是指每秒所传输的字符数，这个概念使用少。 字符速率与波特率的关系： 1个字符：1个起始位+8个数据位+1个偶数位+2个终止位=12位 如果波特率：12000 则字符速率：12000/12=

6、1000字符/s,五、信号的调制和解调 计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数 据通信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话 网是为音频模拟信号的设计的。一般为3003400Hz，不适 合于数字信号。因此需要对二进制信号进行调制，以适合在 电话网上传输相应的音频信号，在接收时，需要进行解调， 还原成数字信号。,1、 什么叫调制? 所调调制就是进行波形变换。或者说进行频谱变换， 就是将基带数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输 的频谱。 2、 作用: 调制器(Modulator)是一个波形变换器,它将基带数字 的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。 解调器是一个波形识别器,将

7、模拟信号恢复成原来的 数字信号。,3. 调制方法: 最基本的调制方法有以下几种： （1）调幅（AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化. “1”对应有载波 “0” 对应无载波 （2）调频（FM） 即载波频率随数字信号而变化 “0”对应”f1” “1”对应“f2” (3)调相（PM） 即载波初始相位随基带数字信号而变化. “ 0”对应相位0度 “1”对应相位180度,六、串行通信的类型 按信息格式的不同约定将串行通信分为两种类型：同步 通信、异步通信。 1、异步通讯：以字符为单位进行传输，每个字符一位一位 地传输，传输一个字符时，以起始位开始，然后传输字符本身 的各位，接着可传输校验位，最后以停

8、止位结束该字符的传输。 一次传输的起始位、字符各位、校验位、停止位构成一组完整 的信息，称为帧（Frame）。帧与帧之间可有任意个空闲位。 起始位之后是数据的最低位。,异步通信可以采用正逻辑或负逻辑。 异步通信的信息格式： 起始位逻辑01位 数据位逻辑0或15位、6位、7位、8位 校验位逻辑0或11位或无 停止位逻辑11位、1.5位或2位 空闲位逻辑1任意数量,例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形为,2、同步通讯 同步通信是靠同步字符完成收发双方同步的。 多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成一个

9、信息帧。不允许字符数据间有空隙，没有数据时可填充同步字符。,总结特点： 以数据流为单位进行传送，每个数据流（即 每帧）中有成百上千个字符。 以同步字符作为传送的开始，同步字符 可由用户确定。 每位占用时间相等。 数据流不允许有空隙，当来不及准备数据 而无数据可发时，发送同步字符填充。 收/发时钟频率=收/发波特率。,3、两者比较 同步通信的数据传输效率高。 同步通信的硬件电路复杂。,说明： “同步“通信过程中，要求字符与字符之间以及字符内部的位与位之间都必须同步。为达到这一目的，要求收、发双方必须使用同一时钟对被传输信息定位。 “异步”主要体现在通信过程中字符与字符之间没有严格的定时要求，通信

10、双方是 通过收/发双方事先约定的收/发波特率和字符格式、在收/发端各自的时钟信号作用下，实现被传送字符的位同步的。因此，要求收发端使用相同（相近）的时钟。,七、串行通信的接口标准 数据通信的整个过程可视作是通过一系列串行接口和传 输信道将信息传送到目的地的过程。 为使现这一过程的规范化及准确无误，有了许多接口的 “标准”和接口信号的“推荐做法。 接口标准主要有： RS232、 RS422、 RS485、 X21、X25 它们都是根据不同的推荐标准而设计出来的接口标准。,各接口标准均包含4个方面内容： 接口的机械性能 接口间的电气特性 接口各信号的功能 具体应用时接口信号的连接 计算机通信中使用

11、最普遍的是RS-232C标准,PC机上 的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连 接器。,EIA-RS-232接口标准 RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等 公司一起开发的，1969年公布的通信协议，适合的数传率： 020Kbps。 RS232的确切定义是：“数据DTE终端设备与数据通 信设备采用串行二进制数据交换的接口。” RS232标准接口的电气特性定义了有关电压、电流 一些特殊的电气信号以及接口间的信号类型等标准。,RS-232C采用负逻辑，且信号电平与TTL不兼容，规 定逻辑“1”在-3V-15V之间，逻辑“0”在+3V+15V之间。

12、RS-232C不是TTL电平的接口标准，当计算机与外设 进行通信时，必须有相应的电平转换电路。通常采用的是 MC1488和MC1489电平转换器。 串行接口芯片8250、8251均使用TTL电平，应使用电 平转换电路与RS-232C连接器连接。 MC1488：TTL电平RS232电平 （用于发送方） MC1489：TTL电平RS232电平 （用于接收方）,第二节 并行通讯基础,实现并行通信的接口就是并行接口。一个并行接口可以设 计为只用来作为输出接口，也可以只用来作为输入接口，此 外，还可以把它设计成既作为输入又作为输出的接口。 并行接口是在多根数据线上，以字节/字为单位与I/O设备 交换数据

13、。 在计算机内部数据是并行传送的。因此，并行接口电路相 对简单，串行接口电路由于要进行串并行转换相对复杂。 并行接口电路芯片常用的有两类： 普通的8位锁存器及缓冲器 可编程设置工作方式的并行接口,下面看一个典型的并行接口电路图：,第三节 可编程并行接口芯片8255A,8255A 是INTEL系列的并行接口芯片，由于它是一种可编 程的外部接口部件，通常作为微机系统总线与外部设备的接口 控制部件，可通过软件来设置芯片的工作方式，用8255A连接 外部设备时，通常不需要附加外部电路，给使用带来很大的 方便。 IBM PC就是采用8255A与键盘、扬声器等其他外设进行接 口。 40PIN、DIP封装，

14、芯片体积大，设计简单的系统通常不用。 在目前的主板中，功能已经集成在芯片组中，但使用和编 程与8255A完全一致。,一、8255A内部结构,8255A内部组成（1）： 数据端口A,B,C 8255有3个8位的I/O端口，可分别作为输入端口或输 出端口。 端口A：对应了1个8位的数据输入锁存器和1个8位的数据 输出锁存/缓冲器。所以口A作为输入或输出时，数据均受 到锁存。 端口B：对应了1个8位的数据输入缓冲器和1个8位的数 据输出锁存器/缓冲器。所以口B作为输入端口时，不会对 数据进行锁存，而作为输出端口时，数据会受到锁存。,端口C：与口B基本一致。 在使用中，端口A和B通常作为独立的输入端口

15、或输 出端口，端口C则配合端口A和B的工作。具体讲，就是 口C通过控制命令被分成2个4位端口，每个4位端口包含 1个4位的输入缓冲器和1个4位的输出缓冲器，他们分别 用来为端口A和B输出控制信号和输入状态信号。,8255A内部组成（2）： A组控制和B组控制 这两组控制电路:一方面接收芯片内部总线上的控制 字，一方面接收来自读/写控制逻辑电路的读/写命令， 由此决定两组端口的工作方式和读写操作。 A组控制电路控制端口A和口C的高4位（PC7PC4）的 工作方式和读/写操作。 B组控制电路控制端口B和口C的低4位（PC3PC0）的 工作方式和读/写操作。,8255A内部组成（3）： 读/写控制逻

16、辑电路 读/写控制逻辑电路负责管理8255的数据传输过程。 它接收CS及来自系统地址总线A1，A0（8086系统中为A2， A1）和控制总线的输入信号RESET，WR，RD，将这些信号 组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令， 并将命令发送给这两个部件，以完成对数据、状态信息 和控制信息的传输。,数据总线缓冲器 8255的数据总线缓冲器是双向三态的8位数据缓 冲器，通过它直接与系统的数据总线相连。输入数 据、输出数据、CPU发给8255的控制字都是通过这 个缓冲器传送的。,说明： （1）A1A0 端口口线 00端口APA7PA0 01端口BPB7PB0 10端口CPC7PC0 11

17、 对控制端口写控制字 （2）端口C又可以分成“上C口”和“下C口”2个部分，用 作A口和B口的控制信号线，所以把A口+上C口称为A组，B口+ 下C口称为B组。 （3） PA口：输入有锁存器，输出有锁存器和缓冲器， PB和PC口：输入有缓冲器，输出有锁存器和缓冲器。,二、8255A的引脚框图 8255A是一个单+5V电源供电，40个引脚的双列直插式组 件，其外部引线如图所示： 与系统总线的连接信号 面向数据总线的有： D0D7：双向数据线，用于CPU向8255A发送命令、数据和 8255A向CPU回送状态、数据和8255A向CPU回送状态、数据。 面向地址总线的有：,RD：读信号，低电平有效。

18、WR：写信号，低电平有效。 RESET：复位信号，高电平有效。它清除控制寄存器并将8255A的A、B、C三个端口均置为输入方式；输入寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24条面向外设信号线呈现高阻悬浮状态。, 与外部设备的连接信号 PA0PA7：端口A的输入/输出线。 PB0PB7：端口B的输入/输出线。 PC0PC7：端口C的输入/输出线。 这24根信号线均可用来连接I/O设备和传送信息。其中，A口和B口只作输入/输出的数据口用，尽管有时也利用它们从I/O设备读取一些状态信号，如打印机的“忙”（Busy）状态信号、A/D转换器的“转换结束”（EOC）状态信号，但对A口和B口来说，都是

19、作8255A的数据口读入，而不是作8255A的状态口读入的。,C口的作用与8255A的工作方式有关，它除了作数据口以外，还有其他用途，故C口的使用比较特殊，单独介绍如下： a.作数据口。 b.作状态口。 c.作专用（固定）联络（握手）信号线。 d.作按位控制用。,三、8255A控制字 8255A可通过指令在控制端口中设置控制字来决定它的工作。其控制字可分为两类： 芯片各端口的方式选择控制字 它可使8255A的3个数据端口工作在不同的工作方式。 方式选择控制字总是将3个数据端口分为两组来决定工作方 式，即端口A和端口C的高4位为1组，端口B和端口C的低4位为 1组。 端口C按位置1/置0控制字

20、它可使端口C中的任何一位进行置位或复位。 这两类控制字通过最高位即D7位为0或1来区别。方式选择控制字的最高位为1，而端口C置1/置0的控制字最高位为0。,1、方式选择控制字： 格式如下：,例1：要把A口指定为方式1，输入，C口上半部为输出；B组指 定为方式0，输出，C口下半部定为输入，则工作方式命令代 码是：10110001B或B1H。 若将此命令代码写到8255A的命令寄存器，即实现了对 8255A工作方式及端口功能的指定，或者说完成了对8255A的 初始化。初始化的程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口地址 MOV AL，0B1H ；初始化命令 OUT DX，AL ；送到

21、命令口,2、 端口C置1/置0控制字： 格式如下：,例2：若要把C口的PC2引脚置成高电平输出，则命令字应该为00000101B或05H。 将该命令的代码写入8255A的命令寄存器，就会使得从PC口的PC2引脚输出高电平，其程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口地址 MOV AL，05H ；使PC2=1的命令字 OUT DX，AL ；送到命令口 如果要使引脚PC2输出低电位，则程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口地址 MOV AL，04H ；使PC2=0的命令字 OUT DX，AL ；送到命令口,利用C口的按位控制特性还可以产生、负脉冲或方波输出，对外设进行控

22、制。 例3：利用8255A的PC7产生负脉冲，作打印机接口电路的数据选通信号，其程序段为： MOV DX，303H ；8255A命令口 MOV AL，00001110B ；置PC7=0 OUT DX，AL NOP ；维持低电平 NOP MOV AL，00001111B ；置PC7=1 OUT DX，AL,3、关于两个命令的讨论 方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能进行指定，即进 行初始化，初始工作要在使用8255A之前做。 按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它并不破 坏已经建立的3种工作方式，而是对它们实现动态控制的一种支持。 它可放在初始化程序以后的任何地方。 两

23、个命令的最高位（D7）都分配作了特征位，之所以要设置特征 位，是为了识别两个不同的命令。 按位置位/复位的命令代码只能写入命令口。这个问题常有人弄 错。,四、 8255A的工作方式 1、 工作方式0：基本的输入/输出方式 A口、B口、上C口、下C口都可以独立设置作为输入或 输出使用；通常不用联络信号，或不使用固定的联络信号， 需要联络时，可由用户任意指定C口中的哪根线完成某种联络 功能，这与后面要讨论的在1方式、2方式下设置固定的专用 联络信号线不同。 是单向I/O，一次初始化只能指定端口（PA、PB和PC） 作输入或输出，不能指定端口同时既作输入又作输出。 适合用于无条件或查询式传送。,2、

24、工作方式1：选通的输入输出方式。 A口、B口可以分别作为数据口工作在方式1。需要使 用C口中特定的引脚作为选通和应答信号，而这些信号与端 口C中的数位之间有着固定的对应关系，这种关系不是程序 可以改变的，除非改变工作方式。C口中其余的引脚仍可工 作在方式0，定义为输入或输出使用。 适合用于中断式传送和程序查询方式I/O传送。 下面分别对A口和B口在输入输出的情况作讨论：, 方式1下的输入 输入是从I/O设备向8255A送数据进来，所以I/O设备应先把数据准备好，并送到8255A，然后CPU再从8255A读取数据。这个传递过程中需要使用一些联络信号线。所以当A口和B口为输入时，各指定了C口的3根

25、线作为8255A与外设及CPU之间应答信号，如下图所示： STB：外设给8255A的“输入选通”信号，低电平有效。 IBF：8255A给外设的回答信号“输入缓冲器满”，高电平有效。 INTR：8255A给CPU的“中断请求”信号，高电平有效。 INTE:中断允许信号，无外端引脚，通过软件设置。,输入时序： 数据输入时，外设处于主动地位，当外设准备好数据并放到数据线上后，首先发STB信号，由它把数据输入到8255A。 在STB的下降沿约300ns，数据已锁存到8255A的缓冲器后，引起IBF变高，表示8255A的“输入缓冲器满”，禁止输入新数据, 在STB的上升沿约300ns后，在中断允许（IN

26、TE=1）的情况下IBF的高电平产生中断请求，使INTR上升变高，通右CPU，接口中已有数据，请求CPU读取。 CPU得知INTR信号有效之后，执行读操作时，RD信号的下降沿使INTR复位，撤消中断请求，为下一次中断请求作好准备。 从上述分析，可知在1方式下，数据从I/O设备发出，通过8255A，送到CPU的整个过程有如下4步：, 方式1下的输出 输出时使用的联络信号为： OBF:是8255A送给外设，用来通知外设取走数据的信号。 ACK:外设响应信号，是由外设送给8255A的。 INTR:中断请求信号。 INTE:中断允许信号。 C口联络信号对应关系如图下：,输出时序： 数据输出时，CPU应

27、先准备好数据，并把数据写到8255A输出数据寄存器中。当CPU向8255A写完一个数据后，WR的上升沿使OBF有效，表示8255A的输出缓冲器已满，通知外设读取数据。并且WR使中断请求INTR变低，封锁中断请求。 外设得到OBF有效的通知后，开始读数。当外设读取数据后，用ACK回答8255A，表示数据已收到。,ACK的下降沿将OBF置高，使OBF无效，表示输出缓冲器变空，为下一次输出作准备， 在中断允许（INTE=1）的情况下ACK上升沿使INTR变高，产生中断请求。CPU响应中断后，在中断服务程序中，执行OUT指令，向8255A写下一个数据。 从上述分析，在方式1下，数据从CPU，通过825

28、5A送到I/O设备有4步：,3、工作方式2：双向应答式输入输出方式A口可以作为数据口工作在方式2。相当于是A口工作在方式1的输入和输出的叠加。,方式2是一种双向选通输入输出方式，它把A口作为双向输入/输出口，把C口的5根线（PC3PC7）作为专用应答线，所以，8255A只有A口才有方式2。其引脚定义如左图所示。,1 、8255A在PC/XT机中的应用 PC/XT机中有一片8255A，用作键盘输入和系统设置开关输 入的并行接口，同时提供扬声器发声和其他控制信号。 端口地址是60H63H。正常工作时A、B、C三个口都是方式 0，其中A口、C口输入，B口输出。工作方式控制字是： 99H。,第四节 8

29、255A的应用举例,说明：在PC机中，主板上产生接口电路芯片片选信号的电路：,由于A4、A3、A2既没有作为片选地址线，也没有作为片内地址线使用，所以是不完全译码。端口地址会有重叠。 例如：70H73H、64H67H等都同于60H63H。,2、用8255A方式0与打印机接口 例1：8255A作为连接打印机的接口，工作在方式 0，输出，采用查询方式。 分析： 工作过程：需要打印时，查询打印机是否忙？ 不忙时通过8255A发送一个字符给打印机。为使打印 机接收数据，要生成一个选通脉冲（初始值是1，置 0，再置1 ）。,例题1 题解：,查询式打印机接口示意图,A口：方式0、输出数据 下C口：方式0、

30、PC2输入状态信号 上C口：方式0、PC6输出选通信号,方式控制字为： 10000001B。,设端口地址是：0D0H0D3H，要打印的字符放在BL中。 程序如下： Setup： MOVAL，81H ；设置工作方式 OUT0D3H，AL MOV AL，0DH； PC6置1，0DH=0000,1101 OUT0D3H，AL,Ready： IN AL，0D2H ；读PC口 TEST AL，04H ； 打印机忙否（PC2 =BUSY=？） JNZ Ready ；PC2=1，打印机忙，等待 MOV AL，BL；打印的字符送AL中 OUT 0D0H，AL ； BL中的字符送PA口 MOV AL，0CH；置

31、PC6为0 OUT 0D3H，AL ； 置PC6=0，即=0；00001100=0CH INC AL；置PC6为1 OUT 0D3H，AL；置PC6=1，即=1，00001101=0DH ,3、用8255A方式1与打印机接口 在方式1下8255A有固定的状态字。状态字为查询方式提供了状态标志位，如IBF和OBF，同时，由于8255A不能直接中断矢量，因此当8255A采用中断方式时，CPU也要通过读状态字来确定中断源，实现查询中断。,例1：使用8255A的工作方式1作为打字机接口,采 用查询方式，输入。 设端口地址是：0D0H0D3H，连接图：,据分析控制字为：10111000B=0B8H mov dx,0D3H mov al,0B8H out dx,al l: mov dx,0D2H in al,dx and al